JP2010015038A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、第1の偏光子21、第1の基板11と第2の基板12との間に液晶層13を有する液晶セル10、光学補償素子30、第2の偏光子22、集光バックライト80を、視認側からこの順に備える液晶表示装置により、上記課題を解決し得る。該液晶表示装置は、第1の偏光子の視認側にさらに拡散素子を備えることが好ましい。また、該集光バックライト80は、輝度半値角が3°〜30°であることが好ましい。
【選択図】図1
Description
図1に、本発明の好ましい実施形態による液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置200は、液晶パネル100と集光バックライト80を備える。液晶パネル100は、少なくとも、第1の偏光子21、液晶セル10、光学補償素子30、第2の偏光子22をこの順に備え、第2の偏光子22側の面が、集光バックライト80と対向するように配置されている。また、前記第1の偏光子の視認側には、拡散素子70を備えることが好ましい。
図1を参照すると、液晶セル10は、第1の基板11と第2の基板12の間に挟持された表示媒体としての液晶層13とを有する。一般的な構成においては、一方の基板(アクティブマトリクス基板)に、液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子と、このスイッチング素子にゲート信号を与える走査線及びソース信号を与える信号線と、画素電極及び対向電極(図示せず)とが設けられている。他方の基板(カラーフィルター基板)には、遮光層(ブラックマトリクス層)15で仕切られたカラーフィルター14を備える。カラーフィルター14は、代表的には、赤(R)、緑(G)、青(B)用のカラー層14R、14G、14Bを有する。カラー層14R,14G,14Bは、アクリル系樹脂またはゼラチンなどを用いて形成される。ブラックマトリクス層15は、金属で構成してもよく、樹脂材料で構成してもよい。樹脂材料を用いる場合には、代表的には、アクリル系樹脂に顔料を分散したものが用いられる。
本発明の液晶表示装置においては、バックライトとして集光バックライトを用いる。従来、市販の液晶テレビ等においては、輝度半値角が80〜100°程度の拡散バックライトが用いられていた。このような拡散バックライトは、正面方向のみならず斜め方向に出射される光量が大きいため、斜め方向の輝度を高くすることができるが、その反面、正面コントラストが低下する傾向があった。
液晶層13を斜め方向に透過した光r11は、カラーフィルター14のカラー層に入射するが、カラー層とブラックマトリクス層15との境界で一部がr12として反射され、偏光子21に入射する。前述の如く、黒表示(ノーマリブラックモードの液晶表示装置においては電圧オフ時)においても、このような液晶層を斜め方向に透過した光は液晶分子複屈折の影響を受けて偏光状態が変換されているため、偏光子21では完全に吸収されず、一部が光漏れとして観察される。
光学補償素子30は、液晶セル10と第2の偏光子22との間に配置される。前述の如く、光学補償素子30は、斜め方向の光に対して、偏光子の吸収軸のみかけ上のなす角がずれることや、液晶分子の複屈折に起因して偏光状態が変換されることに伴う光漏れを抑制すること等を目的として設けられる。
偏光子とは、自然光や偏光から任意の偏光に変換し得るフィルムをいう。本発明の液晶表示装置における、第1の偏光子21、第2の偏光子22としては、任意の適切な偏光子が採用され得るが、自然光又は偏光を直線偏光に変換するものが好ましく用いられる。
上記偏光子はそのまま液晶表示装置に用いることもできるが、偏光子の傷付きや、ヨウ素の昇華による劣化を防止したり、自己支持性を付与する観点から、図6(a)に示すように、偏光子の片面または両面に保護フィルムとしての透明フィルム41〜44を積層して、偏光板51、52として液晶表示装置に用いることが好ましい。かかる透明フィルムを構成する材料としては、例えば透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮断性等に優れるものが用いられる。具体例としては、トリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂(ノルボルネン系樹脂)、ポリアリレート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、及びこれらの混合物等が挙げられる。
偏光子と保護フィルムとしての透明フィルムを積層して偏光板を形成する場合、その積層方法は特に限定されないが、作業性や、光の利用効率の観点からは、接着剤層や粘着剤層を介して空気間隙なく積層することが望ましい。接着剤層や粘着剤層を用いる場合、その種類は特に制限されず、種々のものを用い得るが、偏光子と透明フィルムの密着性を高める観点からは、両者の積層には接着剤層が好適に用いられる。接着剤層を形成する接着剤としては、例えば、アクリル系重合体、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、酢酸ビニル/塩化ビニルコポリマー、変性ポリオレフィン、エポキシ系、フッ素系、天然ゴム系、合成ゴム等のゴム系等のポリマーをベースポリマーとするものを適宜に選択して用いることができる。特に、偏光子と光学等方性フィルムはとの積層には水性接着剤が好ましく用いられ、中でも、ポリビニルアルコール系樹脂を主成分とするものが好適に用いられる。
本発明の液晶表示装置は、図1に示すように第1の偏光子の視認側に、拡散素子70を備えることが好ましい。本発明の液晶表示装置は集光バックライトを採用しているために、斜め方向の輝度が小さくなる傾向があるが、拡散素子70を備えることで、正面方向の光を斜め方向に配光して、視野角を拡げることができる。拡散素子70の拡散半値角は、液晶表示装置の用途等に応じて適宜決定することができる。例えば、携帯電話や携帯情報端末(PDA)等のパーソナル機器用途においては、拡散半値角は15〜50°程度であることが好ましく、モニターやテレビ等、広い視野角が要求される用途においては、拡散半値角は50〜100°程度であることが好ましい。
これまで述べたように、本発明の液晶表示装置は、集光バックライト80と液晶パネル100を有する。液晶パネル100は、第1の偏光子21、第1の基板11と第2の基板12との間に液晶層13を有する液晶セル10、光学補償素子30、第2の偏光子21をこの順に備えていれば、その製造方法は特に限定されず、上記の各構成要素を順次別個に積層する方式にても形成することができるし、予めいくつかの部材を積層したものを用いることもできる。また、その積層順序も特に制限されない。
(光学補償素子のレターデーション)
平行ニコル回転法を原理とする位相差計[王子計測機器製 製品名「KOBRA−WPR」]を用いて、23℃における波長590nmの光で測定した。正面(法線)方向及びフィルムを遅相軸方向を回転軸として40°傾けた際のレターデーションを測定し、これらの値から、面内屈折率が最大となる方向、それと直交する方向、フィルムの厚み方向それぞれの屈折率nx、ny、nzを装置付属のプログラムにより算出した。これらの値、及びダイアルゲージを用いて測定したフィルムの厚みから、面内レターデーション:Re=(nx−ny)×d、及び、厚み方向レターデーション:Rth=(nx−nz)×dを求めた。
光源(中央精機製 コリメート光源)を用いて、拡散素子の法線方向に、平行光を入射させ、角度−輝度測定装置(Gmbh製 商品名「コノスコープ autronic−MELCHERS」)を用いて、拡散素子からの出射光の輝度の角度分布を測定した。得られた輝度分布の方位角0°−180°方向の極角−輝度曲線において、輝度が正面方向(極角0°)の輝度の半分となる極角を、方位角0°方向と方位角180°方向でそれぞれ求め、その和を方位角0−180°方向の拡散輝度半値角とした。同様にして、方位角を1°ずつ変更し、179−359°までの各方位における拡散半値角を求め、この平均値を拡散素子の輝度半値角とした。
角度−輝度測定装置(Gmbh製 商品名「コノスコープ autronic−MELCHERS」)を用いて、バックライトの輝度の角度分布を測定した後に、方位角0°−180°方向の極角−輝度曲線において、輝度が最大値の半分となる極角を方位角0°方向と方位角180°方向でそれぞれ求め、その和を方位角0−180°方向のバックライト輝度半値角とした。同様にして、方位角を1°ずつ変更し、179−359°までの各方位における輝度半値角を求め、この平均値をバックライトの輝度半値角とした。
液晶表示装置を黒表示、白表示とした場合の輝度を、角度−輝度測定装置(Gmbh製 商品名「コノスコープ autronic−MELCHERS」)を用いて測定した。極角0°方向の白輝度/黒輝度の比を正面コントラストとした。また、極角60°における方位角0〜359°に1°ごとに求め他の白輝度/黒輝度の比の平均を斜め方向のコントラストとした。
(バックライトAの作製)
図8に模式的に示すように、100Wのメタルハライドランプ光源1の前面にプロジェクションレンズ2、スポット状スリット3(10mmφ)を設け、そこから投影される光が反射する位置にアルミ鏡面反射板3を設け、その反射光が透過する位置にアクリル製のフレネルレンズ5(対角20インチ、焦点距離40cm)を配置した。さらに、上記フレネルレンズのエッジパターンの遮蔽と面内の輝度ムラ解消するために、フレネルレンズ5の前面に拡散シート6(ヘイズ20%、拡散半値角5°)を積層した。このようにして得られたバックライトを「バックライトA」とする。このバックライトAの輝度半値角は5°であった。
(バックライトBの作製)
上記製造例1において、拡散シート6として、ヘイズ40%、拡散半値角10°のものを用いた以外は製造例1と同様にして、集光バックライトを作製した。このバックライトを「バックライトB」とする。このバックライトBの輝度半値角は9°であった。
(バックライトCの作製)
上記製造例1において、拡散シート6として、ヘイズ40%、拡散半値角10°のものを用い、スポット状スリット3として5mmφのものを用いた以外は製造例1と同様にして、集光バックライトを作製した。このバックライトを「バックライトC」とする。このバックライトCの輝度半値角は13°であった。
(バックライトDの作製)
VAモード液晶パネルを備える市販の液晶テレビ(ソニー製 商品名「BRAVIA KDL−20J3000」)を分解して、バックライトを取り出した。このバックライトを、「バックライトD」としてそのまま用いた。このバックライトDは拡散バックライトであり、その輝度半値角は80°であった。
固形分濃度11重量%のアクリル系粘着剤溶液100重量部に、シリコーン粒子(日硝産業製 商品名「トスパール140」)を3.8重量部添加し、この混合溶液を1時間攪拌した。その後、該混合溶液を脱泡し、表面がシリコーンにより離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、120°のオーブン中で2分間乾燥させて、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に厚さ30μmの拡散粘着剤層を作製した。この拡散粘着剤層を5層積層し、さらにその表面に厚み80μmのセルロース系樹脂フィルム(富士フィルム製 商品名「フジタック TD80UL」を積層し、厚み230μmの拡散素子とした。この拡散素子のヘイズは99%であり、拡散半値角は70°であった。
ノルボルネン系樹脂を主成分とする透明フィルム(日本ゼオン製 商品名「ゼオノアフィルム」を、二軸延伸機により、温度140℃、縦方向延伸倍率1.5倍、横方向延伸倍率2.1倍で延伸を行い、波長590nmにおける面内レターデーションが55nm、厚み方向レターデーションが240nm、厚み38μmの光学補償素子を作製した。
ヨウ素染色され一軸延伸されたポリビニルアルコール系フィルムからなる偏光子の両面に、実質的に光学等方性(正面位相差が0.5nm以下、厚み方向位相差が1.0nm以下)のセルロース系樹脂フィルムが積層された市販の偏光板(日東電工製 商品名「NPF SIG1423DU」)をそのまま用いた。
(液晶パネルの作製)
VAモード液晶パネルを備える市販の液晶テレビ(ソニー製 商品名「BRAVIA KDL−20J3000」)を分解して、液晶パネルを取り出し、液晶セルの上下に配置されていた光学フィルムを全て取り除いて、上記液晶セルのガラス面(表裏)を洗浄した。この液晶セルの視認側表面に、製造例7の偏光板をアクリル系の粘着剤(厚み20μm)を介して積層した。さらに、この偏光板の視認側表面に、製造例5の拡散素子を、拡散粘着剤層が偏光板側、セルロース系樹脂フィルムが視認側となるように積層した。
上記液晶セルのバックライト側の表面には、製造例6で作製した光学補償素子をアクリル系の粘着剤(厚み20μm)を介して積層し、さらに、光学補償素子のバックライト側表面に製造例7の偏光板をアクリル系の粘着剤(厚み20μm)を介して積層した。
偏光板の貼り合せに際しては、元の液晶パネルにおいて配置されていた視認側偏光板、光源側偏光板と吸収軸方向が同一となるようにクロスニコルに配置した。また、光学補償素子は、その遅相軸が隣接する偏光板(バックライト側偏光板)の吸収軸方向と直交するように配置した。
(液晶表示装置の作製)
このように作製した液晶パネルを、製造例1のバックライトAと結合して、液晶表示装置を作製した。
上記実施例1において、バックライトAに代えてバックライトBを用いた以外は、実施例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。
上記実施例1において、バックライトAに代えてバックライトCを用いた以外は、実施例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。
(液晶パネルの作製)
実施例1と同様の液晶セルを用い、液晶セルの視認側表面に、製造例6で作製した光学補償素子をアクリル系の粘着剤(厚み20μm)を介して積層し、この光学補償素子の視認側表面に製造例7の偏光板をアクリル系の粘着剤(厚み20μm)を介して積層した。さらに、この偏光板の視認側表面に、製造例5の拡散素子を積層した。上記液晶セルのバックライト側の表面には、製造例7の偏光板をアクリル系の粘着剤(厚み20μm)を介して積層した。
偏光板の貼り合せに際しては、元の液晶パネルにおいて配置されていた視認側偏光板、光源側偏光板と吸収軸方向が同一となるようにクロスニコルに配置した。また、光学補償素子は、その遅相軸が隣接する偏光板(視認側偏光板)の吸収軸方向と直交するように配置した。
(液晶表示装置の作製)
このように作製した液晶パネルを、製造例1のバックライトAと結合して、液晶表示装置を作製した。
上記実施例1において、バックライトAに代えてバックライトDを用いた以外は、実施例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。
上記比較例1において、バックライトAに代えてバックライトDを用いた以外は、比較例1と同様にして、液晶表示装置を作製した。
11、12 基板
13 液晶層
14 カラーフィルター
15 ブラックマトリクス層
21、22 偏光子
30 光学補償素子
41〜44 透明フィルム
51、52 偏光板
70 拡散素子
80 バックライト
81 光源
82 拡散板
83 反射板
84 波型シート
100 液晶パネル
200 液晶表示装置
1 光源
2 プロジェクションレンズ
3 スリット
4 反射板
5 フレネルレンズ
6 拡散シート
Claims (7)
- 少なくとも、第1の偏光子、第1の基板と第2の基板との間に液晶層を有する液晶セル、光学補償素子、第2の偏光子、集光バックライトを、視認側からこの順に備える液晶表示装置。
- 前記集光バックライトの輝度半値角が3°〜30°である、請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記液晶セルは、第1の基板が視認側となるように配置されており、該第1の基板にはカラーフィルターが設けられている、請求項1または2記載の液晶表示装置。
- 前記第1の偏光子の視認側にさらに拡散素子を備える、請求項1〜3のいずれか1項記載の液晶表示装置。
- 前記液晶セルがVAモードである、請求項1〜4のいずれか1項記載の液晶表示装置。
- 前記光学補償素子の面内の主屈折率をnx、ny、厚み方向の屈折率をnzとした場合に、nx>ny>nzの屈折率分布を有する、請求項1〜5のいずれか1項記載の液晶表示装置。
- 前記第1の偏光子と、前記液晶セルとの間に光学補償素子を有さない、請求項1〜6のいずれか1項記載の液晶表示装置。
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